<사진. 현미경으로 본 탈질메탄산화세균
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

호수 중에서 메탄소비의 새로운 주역

- 아열대 댐 호수에서 탈질메탄 산화 세균이 우점하고 있는 것을 발견

교토대학 생태학연구센터 연구그룹은 아열대 댐 호수에서 호수 중 부유성 메탄세균의 군집구조를 해명하고, 산소농도가 낮은 심층에서 탈질 메탄 산화세균이 우점하고 있다는 것을 발견하였다.

메탄은 강력한 온실가스이며, 담수호소는 그 주요 방출원 중 하나이다. 호수에 서식하는 메탄산화세균은 호수 바닥에서 생성된 메탄의 대부분을 소비하고 있다고 생각되며, 그 종 구성 및 현존량은 아한대에서 온대에 있는 호수에서 많이 연구되었다.

이러한 연구와 열대 댐 호수에서의 적은 연구사례로부터 기후대에 의해 호수 중에 서식하는 메탄산화세균의 군집구조가 크게 다르다는 것이 알려져 왔다. 기존에 알고 있는 메탄산화세균은 계통적으로 크게 4개 그룹(타입 I, 타입 II, Verrcomicrobia, NC10)으로 나뉘지만, 이 중 2개 그룹(타입 I, 타입 II)만 호소 메탄산화세균 군집의 주요 구성요소이다.

남은 것 중 한쪽(Verrcomicrobia)은 극도의 고온, 낮은 pH환경을 좋아하는 그룹이며, 마지막 그룹(NC10)은 탈질메탄산화세균으로서 알려져 있다. 탈질메탄산화세균은 아질산이온을 기본으로 스스로 산소분자를 만들어 내는 능력을 가지고 있으며, 이것에 의해 무산소조건 하에서 메탄산화를 수행할 수 있다. 탈질메탄산화세균은 습지와 수계 퇴적물 중에서 발견할 수 있으나, 그 상대적 존재량은 작은 것이라고 생각되었다.

종래에는 알지 못했던 아열대 호수의 메탄산화세균 군집을 밝혀내기 위하여 대만북부의 댐호수(翡翠水庫)에서 조사를 실시하였다. 총 4회의 조사에서 표층과 심층의 물을 채취하여 필터여과함으로써 미생물 세포를 수집하였다. 수집한 미생물로부터 DNA를 추출하여 모든 박테리아의 16SrRNA 유전자를 PCR법에 의해 증폭하고, 클로닝에 의한 분리를 거쳐 염기배열을 결정하였다. 동일 해석을 메탄산화에 관한 효소 유전자인 pmoA유전자에 대해서도 수행하였다. 미생물 세포수의 정량적 데이터를 얻기 위하여 특정 계통에 속하는 미생물을 선택적으로 형광염색하는 방법(CARD-FISH)에 의한 해석을 실시하였다.

호수 속에서 얻은 16SrRNA 유전자 배열을 해석한 결과 호소에서 통상 검출된 2그룹의 메탄산화세균에 추가로 저산소농도의 심층수에서 탈질메탄산화세균이 검출되었다. 탈질메탄산화세균은 4회의 조사에서 모두에서 검출되었으며, 종 수준으로 보면 가장 고빈도로 검출되었다. 탈질메탄산화세균의 존재는 pmoA유전자 해석에서도 확인되었다. 2개의 유전자 해석에서도 댐 호수에서 검출된 배열은 과거에 비와호 퇴적물에서 검출된 것과 상당히 가깝다. CARD-FISH에 의한 계수 결과, 탈질메탄산화세균은 심층수 중 모든 미생물 세포의 16%에 달하고, 가장 우점하고 있는 것이 메탄산화세균이라고 확인되었다.

탈질메탄산화세균은 최근 처음으로 그 존재가 확인되어 환경 중에서의 분포에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 지금까지의 연구에서는 탈질메탄산화세균은 모든 세균군집 중에서는 마이너한 존재라고 생각되어 왔다. 이번 탈질메탄산화세균이 미생물 군집의 주요한 구성요소가 된 예를 나타냄으로써 탈질메탄산화세균이 좋아하는 환경을 해명하는 중요한 단서를 얻을 수 있었다. 탈질메탄산화세균는 메탄 동태에서 중요한 위치를 차지하고 있다고 생각되나, 그 생태를 해명하는 과정에서 본 연구에서 얻을 수 있는 지식이 큰 공헌을 할 것으로 기대된다.

■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr